- •Введение
- •Общая характеристика волокнистых композитов
- •1.1.Основные понятия и определения
- •Классификация волокнистых наполнителей и требования, предъявляемые к ним
- •Нетканые волокнистые наполнители
- •1.2.Непрерывные волокна и нити
- •Текстильные формы волокон
- •Строение волокон
- •Структура нитей
- •Скрученность и укрутка нитей
- •Характеристики скрученности и извитости нитей, ворсистость.
- •1.3.Свойства непрерывных волокнистых наполнителей.
- •Структурные характеристики
- •Геометрические свойства волокон и нитей
- •Механические свойства волокон и нитей
- •Полуцикловые характеристики некоторых волокон и нитей при растяжении до разрыва
- •Тепловые свойства
- •Электрические свойства
- •Сорбционные свойства
- •Оптические свойства
- •Стойкость к атмосферным воздействиям и действию химических реагентов
- •1.4.Влияние различных факторов на механические свойства волокон и нитей
- •Влияние природы волокна, их геометрических характеристик и структурных свойств на механические показатели
- •Влияние условий испытаний и нагружения
- •Тканые армирующие наполнители
- •Классификация наполнителей
- •Свойства тканых наполнителей
- •Структурные свойства
- •Виды переплетения
- •Плотность ткани
- •Заполнение, пористость и наполнение ткани
- •Механические свойства
- •Другие виды механических характеристик
- •Методы испытаний на растяжение до разрушения
- •Форма проб и их заправка
- •Физические свойства текстильных полотен Гигроскопические свойства
- •Гигроскопичность тканей после выдерживания в течение
- •48 Ч (по данным и. А. Димитриевой)
- •Проницаемость
- •Тепловые свойства
- •Оптические свойства
- •Электрические свойства
- •Акустические свойства
- •Коэффициенты звукопоглощения некоторых текстильных материалов
- •Отбор проб и выборок полотен и изделий
- •Характеристики промышленных тканей
- •Трикотаж
- •Характеристики основных видов тканых армирующих материалов
- •Принципы выбора волокнистых наполнителей и схем армирования при проектировании изделий из вкм
- •1.5.Выбор ингредиентов вкм
- •Список использованных источников
- •420015, Казань, к. Маркса, 68
1.3.Свойства непрерывных волокнистых наполнителей.
К основным свойствам непрерывных волокнистых наполнителей в целом, волокон и нитей в частности, относят структурные, геометрические, механические, сорбционные, тепловые, электрические, оптические и устойчивость к действию светопогоды.
Структурные характеристики
К структурным характеристикам относят:
размер, форма и число элементарных волокон, из которых состоят нити, пряжи, ровинги и др.;
взаимное расположение элементов и связи между ними;
распределение элементов в отдельных сечениях, полнота сечения, заполненность сечения;
скрученность, укрутка нитей, направление крутки;
ворсистость пряжи;
извитость волокон и нитей;
дефекты и засоренность текстильных форм;
физические свойства элементарных волокон (кристалличность, плотность).
Для изучения структурных характеристик используют современные методы - оптическая, световая и электронная микроскопия, спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, диэлектроскопия и термический анализ.
Ворсистость пряжи, о которой судят по числу ворсинок на единицу длины, определяют гравиметрическим, оптическим (проекционным), электроскопическим и фотоэлектрическим методами.
Характеристиками скрученности нитей являются углы кручения, коэффициент крутки и направление крутки. Крутка оказывает существенное влияние на свойства нитей. С увеличением степени скрученности волокна нити уплотняются, следствием чего является повышение средней прочности, плотности и уменьшение диаметра. Для определения характеристик используют специальные механические приспособления - круткомеры.
Под извитостью волокон и нитей понимают непрямолинейность, волнистость их продольной оси. Характеристиками извитости являются частота извитости, степень и устойчивость извитости. Для определения характеристик извитости широко применяют оптические (проекционные) приборы.
Дефекты (пороки) и засоренность волокон и нитей представляют собой комочки волокон различных размеров и степени уплотнения, засоряющие примеси, возникающие как в процессе получения, так и при переработке текстильных форм. Наличие пороков и примесей осложняет технологический процесс и снижает механические характеристики волокон и нитей. Для определения пороков, засоренности и чистоты нитей применяют визуальные, механические (перемотка нитей через калиброванные отверстия) и электрические методы.
Геометрические свойства волокон и нитей
Под геометрическими свойствами понимают размеры и форму волокон и нитей, а основными характеристиками их размеров являются длина и толщина. Форму поперечных сечений определяют при структурном анализе. Толщину измеряют как для волокон, так и для нитей, тогда как длину и ее неравномерность - только для волокон. От длины и толщины волокон существенно зависит не только свойства текстильных форм, но и выбор технологии их текстильной переработки. Толщина нитей определяет материалоемкость, толщину изделий и их физико-механические характеристики.
Под длиной волокна понимают наибольшее расстояние между его концами. В массе волокон длина их неодинакова, поэтому используют различные сводные характеристики длины и неравномерности волокон по длине, а также дополнительные характеристики. К числу сводных характеристик относят среднюю (фактическую) длину Lа.
(3)
где Li - длина отдельного волокна; ni - число волокон длиной Li.
и среднюю массодлину Lg, определяемую по уравнению:
(4)
где Мi - масса волокон длиной Li.
Для характеристики длины некоторых волокон используют модальную L, штапельную массодлину L. Модальная массодлина L соответствует длине волокон, составляющих группу с наибольшей массой. Штапельная массодлина L=1,1 m.
Для оценки неравномерности длины волокон используют элементы и понятия математической статистики (среднеквадратичное отклонение, коэффициент вариации, диаграммы распределения и др.)
Известны несколько специализированных методов определения длины волокон:
промер отдельных волокон;
сортировка штапелей или разделение штапеля волокон на классы длин;
измерение длины волокон без разделения штапеля на группы длин;
измерение длины волокон очесыванием зажатой части продукта.
Для реализации перечисленных методов используют различные механические, электрические и оптические приборы. Толщину волокон и нитей характеризуют линейными размерами поперечного сечения (рис 8), его площадью или массой единицы длины, называемой линейной плотностью.
Рис. 8 – Формы поперечного сечения волокон и нитей |
Относительно малая по сравнению с длиной величина поперечных размеров волокон и незначительная абсолютная их величина привели к применению для оценки толщины волокон термина “тонина”. |
Использование для характеристик толщины волокон и нитей средних размеров (диаметра) поперечного сечения при его неправильной форме, а также при наличии пустот внутри элементарного волокна или нити и воздушных прослоек между элементарными нитями - может привести к неправильной оценке их толщины. Поэтому толщину чаще характеризуют косвенно массой единицы длины - линейной плотностью или показателем толщины. Для обратной характеристики, т. е. тонины волокон и нитей, используют номер и показатель тонины.
Наиболее часто толщину волокон и нитей характеризуют линейной плотностью Т:
(5)
где М - масса, мг, г; L - длина, м, км.
Единица линейной плотности мг/м или г/км имеет условное наименование текс.
Целесообразно линейную плотность (толщину) тонких волокон выражать в мг/км, т.е. в миллитексах (мтекс), а толстых нитей, веревок и канатов в кг/км, т.е. в килотексах (ктекс).
Чем выше показатель линейной плотности волокон или нитей, тем они толще, т.е. этот показатель характеризует толщину.
Судить о размерах площади поперечного сечения волокон и нитей из вещества с разной плотностью γ только по показателю линейной плотности Т нельзя. Так, например, при одинаковой линейной плотности 0,2 текс площадь поперечного сечения капроновой элементарной нити (γ = 1,14) будет равна 103·0,2/1,14 = 175 мкм2, а стеклянной элементарной нити (γ = 2,5) будет равна 103·0,2/2,5 = 80 мкм2, т. е. в два с лишним раза меньше.
Толщину волокон и нитей, имеющих близкую к круглой форму поперечного сечения и полностью заполненных веществом, можно характеризовать диаметром сечения dyc. Тогда площадь поперечного сечения с учетом формулы , а . Здесь dyc представляет собой воображаемый поперечник волокон, пряжи или комплексных нитей, когда внутри самих волокон или между отдельными волокнами в пряже или элементарными нитями в комплексных нитях поры или пустоты отсутствуют.
В волокнах имеются микропустоты, канал (в хлопке), сердцевина (в остевом и мертвом волокне шерсти), пустоты за счет неплотного прилегания друг к другу волокон в пряже или элементарных нитей в химических комплексных нитях. Поэтому диаметр сечения, измеренный по внешнему контуру, больше условного dyc и называется расчетным dр. При определении dр, мм, вместо плотности у, мг/мм3, используют среднюю плотность ρ волокон или нитей:
(6)
Линейную плотность, мтекс, определяют по формуле:
(7)
Между площадью поперечного сечения S и линейной плотностью существует связь:
(8)
где M - масса текстильной формы, мг; L - длина текстильной формы, мм; S – площадь поперечного сечения, мм2; - плотность вещества, мг/мм3.
Подставив формулу (8) в уравнение (7) имеем:
(9)
При сравнении толщины волокон и нитей с разной плотностью целесообразно использовать показатель толщины :
(10)
Показатель толщины определяет площадь, заполненную 1000 волокон или нитей.
Другой, но обратной характеристикой, является показатель тонины 1/мм2:
(11)
Он имеет реальный физический смысл и равен числу волокон или нитей с общей площадью поперечного сечения 1 мм2.
Тонину волокон и нитей иногда характеризуют номером N, мм/мг, м/г, км/кг:
(12)
где L0 – длина образца, мм, м, км; M0 – масса образца, мг, г, кг.
Для сопоставления номера N, м/г и линейной плотности Т, текс, используют соотношение:
(13)
За рубежом используют другую единицу линейной плотности - денье, соответствующую массе, г, нити длиной 9 км. Линейную плотность, выраженную в денье, обычно называют “титр”.
(14)
где Ti – линейная плотность, выраженная в титрах или денье.
К характеристикам толщины волокон и нитей относят также условный dус. и dр расчетный диаметры, удельную поверхность и кроющую способность.
Условный диаметр вычисляют по формуле:
(15)
где - показатель толщины, определяемый по формуле (10).
Для круглых элементарных волокон и нитей dус dр.
Удельная поверхность F0 и кроющая способность F1 косвенно характеризуют тонину волокон и нитей. Удельную поверхность определяют отношением боковой поверхности к объему:
(16)
где L – длина волокна, мм; Р – периметр поперечного сечения, мм; S – площадь поперечного сечения, мм2; - плотность вещества волокна, мг/м3; Т – линейная плотность, текс; - показатель толщины, определяемый по формуле (10).
Кроящая способность F1,м /кг, аналогична удельной поверхности и определяет площадь, полностью перекрываемой нитью массой 1 кг.
(17)
где L – длина нити, м; dp – расчетный диаметр нити, мм; М – масса нити, кг.
Для определения характеристик толщины волокон и нитей используют специальные толщиномеры, микроскопы с окулярным микрометром или проектор, имеющий на экране шкалу. Для некоторых типов волокон и нитей диаметр и линейную плотность определяют по воздухопроницаемости слоя, используют специальные вибрационные установки и др.